基本介紹
- 中文名：無線電跟蹤測量系統
- 外文名：radio tracking system
- 出現時間：第二次世界大戰
- 分類：脈衝跟蹤測量連續波跟蹤測量系統
概念,定義,功能,工作原理,發展概況,分類,脈衝跟蹤測量系統,連續波跟蹤測量系統,優點,展望,
概念
定義
利用無線電波的特性對飛行器跟蹤並測量其飛行軌跡參數的系統。
功能
無線電跟蹤測量系統能進行遠距離探測並能測量目標的特性參數，不受氣象條件的限制，而且無線電信道便於傳送多種信息，因此它在航空和航天活動中被廣泛套用於靶場測量、指揮控制、遠程警戒、太空飛行器的跟蹤測軌等方面。它的探測距離、測量精度、抗干擾性能不斷提高，工作波段越來越寬。各種無線電測量系統所採用的技術雖有很大不同，但基本原理並無多大變化。
無線電跟蹤測量系統用無線電波在地面和飛行器之間傳遞各種信息。地面向飛行器傳送的信號稱上行信號；飛行器向地面傳送的信號稱下行信號。無線電跟蹤測量系統一般由飛行器上設備和地面設備兩部分組成。飛行器上的設備是信標機（傳送下行信號的發信機）或應答機（包括接收上行信號的接收機和傳送下行應答信號的發射機）。地面設備有發射機、接收機、天線、數據終端、計算機和記錄顯示設備等。它的工作原理是：發射機產生的無線電信號由天線定向輻射到目標所在的空間，再由地面接收天線接收飛行器轉發或傳送的下行信號，經接收機檢測,比較上、下行信號或下行信號的變化,即可測出飛行器相對於地面測控站的角度、距離和距離變化率等參數，確定飛行器的空間位置和速度。連續進行這樣的跟蹤測量即可得出飛行器的彈道或軌道。測量系統對於各種不同的目標所測量的基本參數是相同的，不過對於有動力作用的飛行器（火箭、飛彈、飛機等），測量系統應有瞬時定位和適應速度變化的能力；而對於人造地球衛星和空間探測器一類的太空飛行器，則因軌道變化較為緩慢，一般可用較少參數和較長測量時間來完成測量任務。
工作原理
無線電跟蹤測量系統一般由飛行器上設備和地面設備組成，其基本工作原理是把有關信號調製在由發射機產生的無線電載波上，通過天線輻射到空間，被飛行器上的應答機接收、轉發，或被目標直接反射，返回地面；也可由飛行器上的信標機直接傳送無線電信號到地面。地面天線接收到無線電信號後，經接收機檢測處理，把解調出來的角度誤差信號以及由角度編碼器測得的目標的方位角、高低角數據送到角度伺服迴路，在角度上對目標進行跟蹤；把帶有都卜勒頻移的信號送往速度跟蹤測量迴路，跟蹤並提取接收載波信號中的都卜勒頻移，測出目標的徑向速度；把解調出來的距離信號送到距離跟蹤測量迴路，跟蹤目標的距離，並測出接收信號相對於發射信號的時間延遲或相位差、頻率差，來獲得目標的距離。根據需要尚可提取目標的其他信息。所有上述測量數據，經過接口錄取，送到計算機進行數據處理，記錄顯示所需參數，同時送往測控中心。
無線電跟蹤測量系統用無線電波在地面和飛行器之間傳遞各種信息。地面向飛行器傳送的信號稱上行信號；飛行器向地面傳送的信號稱下行信號。無線電跟蹤測量系統一般由飛行器上設備和地面設備兩部分組成。飛行器上的設備是信標機（傳送下行信號的發信機）或應答機（包括接收上行信號的接收機和傳送下行應答信號的發射機）。地面設備有發射機、接收機、天線、數據終端、計算機和記錄顯示設備等。它的工作原理是：發射機產生的無線電信號由天線定向輻射到目標所在的空間，再由地面接收天線接收飛行器轉發或傳送的下行信號，經接收機檢測，比較上、下行信號或下行信號的變化，即可測出飛行器相對於地面測控站的角度、距離和距離變化率等參數，確定飛行器的空間位置和速度。連續進行這樣的跟蹤測量即可得出飛行器的彈道或軌道。測量系統對於各種不同的目標所測量的基本參數是相同的，不過對於有動力作用的飛行器（火箭、飛彈、飛機等），測量系統應有瞬時定位和適應速度變化的能力；而對於人造地球衛星和空間探測器一類的太空飛行器，則因軌道變化較為緩慢，一般可用較少參數和較長測量時間來完成測量任務。
發展概況
無線電跟蹤測量系統(radio tracking system) 第二次世界大戰中，為跟蹤測量炮彈、火箭和飛機，出現了簡易的都卜勒測速定位系統和S波段圓錐掃描自動跟蹤雷達。隨著飛彈、航空、航天技術的發展，20世紀50年代單脈衝精密跟蹤測量雷達、精密干涉儀研製成功，60年代出現了相控陣雷達和S波段統一系統。
1983年美國發射了第一顆跟蹤和數據中繼衛星，建立了相應的地面設備，標誌著無線電跟蹤測量系統開始向天基發展。
中國於60年代末研製成功單脈衝精密測量雷達和連續波短基線干涉儀測速系統，70年代中期中長基線干涉儀測量系統和大型相控陣雷達問世，80年代初微波統一系統正式投入使用。
分類
主要有脈衝跟蹤測量系統和連續波跟蹤測量系統兩大類。
脈衝跟蹤測量系統
是採用射頻脈衝信號的無線電跟蹤測量系統。它易實現測距、多目標跟蹤、目標特性測量和反射式工作。主要有圓錐掃描和單脈衝跟蹤兩類。可以單站、單站鏈式和多站同時工作。1980年美國在夸賈林靶場建成主副站式脈衝測量系統，可獲較高的測量精度。
以測量無線電波在空間傳播的時間間隔為基礎的定位測量系統。它通常由地面脈衝測量雷達和飛行器上的應答機組成。地面雷達以很高的射頻功率對準目標發射射頻脈衝，應答機收到脈衝信號後立即應答，向地面發射應答脈衝，地面測控站測出發射脈衝時刻與應答脈衝到達時刻之間的時間間隔，就可得到目標至測控站的距離；雷達天線跟蹤應答機信號，指示出目標相對測控站的方位角和俯仰角。
脈衝測量系統分為單站雷達系統（採用以雷達站為基準的極坐標方式來測量距離和角度）和多站雷達系統（以整個系統組合的坐標為基準的三角定位法來測量角度和距離）。後一種系統可獲得高精度數據。為擴大對低軌道太空飛行器的跟蹤測量範圍，常使用雷達鏈系統（脈衝測量雷達）。
連續波跟蹤測量系統
是採用連續射頻信號的無線電跟蹤測量系統。它有較好的測速能力，易實現載波信道綜合利用。有4種典型系統：
①都卜勒測速系統。在信標機或應答機配合下，測量目標的都卜勒頻移，從而獲得目標的徑向速度。該系統設備簡單，但只能測速。在炮彈和中、低軌道的人造衛星測量中套用較多。
②距離和距離變化率測量系統。在應答機配合下，可測得目標的距離、距離變化率和角度，能單站或多站工作，主要用於太空飛行器軌道測量。
③微波統一系統。是共用微波信道、一套天線，能實現對太空飛行器的測軌、遙測、遙控、通信、電視圖像傳播等多種功能的無線電系統。它使無線電跟蹤測量與遙測、遙控、通信等有機地綜合起來，因而在太空飛行器的測控和通信中套用廣泛。
④無線電干涉儀系統。利用相隔一定距離的成對天線構成基線，測出接收載波信號到達兩天線的相位差，獲得目標和基線間的夾角。其角度和角度變化率的測量精度較高，但有角度多值性問題，設備相對複雜。多套用於飛彈彈道的精密測量。
優點
無線電跟蹤測量系統具有：全天候遠距離探測、便於傳送多種信息和實時處理等優點
展望
現代無線電跟蹤測量系統將從陸基向天基發展。將軌道測量、遙測、遙控、數據傳輸、話音通信綜合在一起，用一個無線電載波傳輸。還建成了跟蹤和數據中繼衛星及其地面設備所組成的新型航天無線電測量系統，利用兩顆分開約140°經度的衛星和一個地面控制接收站，就能對多顆低軌道衛星進行全球性的跟蹤測控和數據中繼。為解決高、低軌道衛星間信號的相互截獲和對多顆低軌道衛星的測量、控制等問題，能對多個低軌道飛行器進行全球性的跟蹤測控，套用了多種新技術，具有廣闊前景。
在航天領域中，將進一步發展信息的綜合利用和多種功能的統一體制。設備將進一步採用固態器件、積體電路，實現數位化、與計算機一體化、功能軟體化和模組化。相控陣技術和毫米波系統將得到進一步套用；雷達微波成像技術也必將促進無線電跟蹤測量系統的發展。
